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Na­mens­ge­heim­nis der Ke­gel­schnit­te

In der sechs­ten Stun­de der Ein­heit wer­den die nicht zer­fal­len­den Ke­gel­schnit­te El­lip­se, Pa­ra­bel und Hy­per­bel mit einem DGS ge­zeich­net und deren Na­mens­ge­heim­nis auf­ge­deckt. Als mög­li­che Ver­tie­fung zur Ver­zah­nung der geo­me­tri­schen und al­ge­brai­schen Welt kann in Auf­ga­be 4 auch eine all­ge­mei­ne Ke­gel­schnitts­glei­chung in (Schei­tel­la­ge) her­ge­lei­tet wer­den.

In Auf­ga­be 1 wer­den alle drei Ke­gel­schnitts­ar­ten im Rah­men einer Ke­gel­schnitt-Schar ge­zeich­net, um die be­son­de­re Ei­gen­schaft der Pa­ra­bel als Grenz­li­nie zwi­schen El­lip­sen und Hy­per­beln zu be­to­nen. Im a)-Teil wird die in Brenn­punkt­la­ge vor­ge­ge­be­ne Scharglei­chung be­grün­det, bevor diese dann im b)-Teil von den SuS ver­wen­det wird, um ein­zel­ne Kur­ven der Schar mit­hil­fe von Geo­Ge­bra zeich­nen zu las­sen:

Gruppen

Zur Un­ter­schei­dung der Ke­gel­schnitts­ar­ten wurde die be­reits be­kann­te nu­me­ri­sche Ex­zen­tri­zi­tät ε als Schar­pa­ra­me­ter ge­wählt. Im Rah­men eines Zu­satz­auf­trags kön­nen die SuS auch das Prin­zip der dy­na­mi­schen Farb­ge­bung er­kun­den. Die ver­wen­de­te Fär­bung ent­spricht dabei der durch­ge­hen­den Farb­co­die­rung in­ner­halb der Ein­heit: El­lip­sen wer­den blau, Hy­per­beln grün und die Pa­ra­bel als Grenz­li­nie rot ge­färbt.

Auf­ga­ben­teil c) kann als dif­fe­ren­zie­ren­der Zu­satz­auf­trag zur an­schlie­ßen­den Re­fle­xi­on ge­nutzt wer­den. Im Un­ter­richts­ge­spräch könn­te man auch die im Er­war­tungs­ho­ri­zont be­schrie­be­ne Wan­de­rung des zwei­ten Brenn­punk­tes the­ma­ti­sie­ren, der bei der Pa­ra­bel als Fern­punkt im Un­end­li­chen liegt. Dies ließe sich zur Ver­tie­fung auch mit De­fi­ni­ti­ons­lü­cken (Pol­stel­len) in Ver­bin­dung brin­gen, bei denen eben­falls ein Durch­gang durchs Un­end­li­che mit Vor­zei­chen­wech­sel er­fol­gen kann.

Auf­ga­be 2 geht über das Kern­cur­ri­cu­lum hin­aus. Die Namen El­lip­se, Pa­ra­bel und Hy­per­bel wur­den von den alt­grie­chi­schen Ver­ben für „er­man­geln“, „gleich­kom­men“ und „über­stei­gen“ ab­ge­lei­tet. Diese Auf­ga­be bie­tet den SuS die Ge­le­gen­heit, die­ses "Na­mens­ge­heim­nis" zu lüf­ten. Frau Haf­ten­d­orn spricht hier zu­ge­spitzt von einem Ge­heim­nis, da man auch heute noch ei­ni­gen fal­schen Deu­tun­gen be­geg­net wie z.B. der Auf­fas­sung, dass es der El­lip­se an Kreis­form man­ge­le oder dass bei der Hy­per­bel die Schnitt­ebe­ne "über­mä­ßig" steil ver­lie­fe (vgl. [HAFT2], Kap 7.4., S. 197). Tat­säch­lich lässt sich der Na­men­sur­sprung durch den Flä­chen­ver­gleich des Or­di­na­ten­qua­drats mit Flä­chen­in­halt y2 und des Sper­rungs­recht­ecks mit Flä­chen­in­halt 2px sehr an­schau­lich mo­ti­vie­ren, wie ein kur­zer Blick in den Er­war­tungs­ho­ri­zont zeigt:

Gruppen

An die­ser Stel­le lohnt sich der fä­cher­über­grei­fen­de Bezug zur Sprach­wis­sen­schaft: Das Stil­mit­tel der Ein­spa­rung von Satz­tei­len wie z.B. "Läuft" statt "Es läuft gut" wird all­ge­mein als El­lip­se be­zeich­net. Unter einer Hy­per­bel ver­steht man da­ge­gen eine Über­trei­bung wie "him­mel­hoch" oder "wie Sand am Meer". Und in der Li­te­ra­tur be­geg­net man Pa­ra­beln in Form von gleich­nis­haf­ten be­leh­ren­den Er­zäh­lun­gen, wie wir sie von zahl­rei­chen Au­to­ren ken­nen.

Für die un­ter­richt­li­che Um­set­zung steht das App­let M10­geo_N­r2_­Na­mens­ge­heim­nis.ggb1 zur Ver­fü­gung, mit dem die SuS sich im stär­ker ge­lenk­ten a)-Teil zu­nächst die geo­me­tri­sche In­ter­pre­ta­ti­on der Pa­ra­bel­glei­chung er­schlie­ßen kön­nen, wäh­rend im etwas of­fe­ner ge­hal­te­nen b)-Teil dann das Or­di­na­ten­qua­drat und Sper­rungs­recht­eck für ver­schie­de­ne El­lip­sen und Hy­per­beln ver­gli­chen wer­den, um so den je­wei­li­gen Man­gel bzw. Über­schuss an Flä­che zu ent­de­cken. Nach einer Prä­sen­ta­ti­on durch ein­zel­ne SuS kann die Er­geb­nis­si­che­rung mit der vor­be­rei­te­ten Ta­bel­le auf der fol­gen­den Seite der Ma­te­ri­al­da­tei er­fol­gen.

Auf­ga­be 3 bie­tet op­tio­nal noch die Mög­lich­keit, in Geo­Ge­bra die Hüll­kur­ve einer Pa­ra­bel nach An­lei­tung zu kon­stru­ie­ren und dabei die geo­me­tri­schen Zu­sam­men­hän­ge zu ver­tie­fen. Die Auf­ga­be kann als Haus­auf­ga­be oder im Un­ter­richt dif­fe­ren­zie­rend ein­ge­setzt wer­den. Auch die ein­zel­nen Teil­auf­ga­ben las­sen sich dabei be­lie­big er­wei­tern oder ein­gren­zen. So könn­te bei­spiels­wei­se die im d)-Teil ein­ge­bun­de­ne Ani­ma­ti­ons­va­ri­an­te ent­we­der ver­tieft oder ganz ge­stri­chen wer­den.

Mög­li­che Ver­tie­fung: All­ge­mei­ne Schei­tel­glei­chung der Ke­gel­schnit­te y 2 = 2 p x + ( ϵ 2 - 1 ) x 2

Mit Auf­ga­be 4 kann die Her­lei­tung einer all­ge­mei­nen Schei­tel­glei­chung der Ke­gel­schnit­te rea­li­siert wer­den, um die al­ge­brai­schen Kom­pe­ten­zen der SuS zu för­dern. Hier­zu wurde wie­der eine lü­cken­haf­te Um­for­mungs­ket­te in Zwei­spal­ten­form ein­ge­bun­den, die bei Be­darf noch auf die ei­ge­ne Lern­grup­pe ab­ge­stimmt wer­den kann. Falls man eine in­ter­es­sier­te und leis­tungs­star­ke Grup­pe vor sich hat, in der die SuS in Hin­blick auf die Wahl des fünf­stün­di­gen Leis­tungs­fa­ches gerne ihre al­ge­brai­schen Kom­pe­ten­zen aus­bau­en möch­ten, be­steht hier die Ge­le­gen­heit, Pa­ra­me­ter als "Form­va­ria­blen" in ihrer ur­sprüng­li­chen Be­deu­tung zu er­le­ben, als Va­ria­blen, die die Form eines Ke­gel­schnitts be­stim­men. Dabei kön­nen di­ver­se Pa­ra­me­tertrans­for­ma­tio­nen ge­deu­tet und so bei­spiels­wei­se die Zu­sam­men­hän­ge zwi­schen Halb­pa­ra­me­ter p und nu­me­ri­scher Ex­zen­tri­zi­tät ε ver­tieft wer­den. Im Um­gang mit den Ke­gel­schnit­ten könn­ten so wert­vol­le Vor­stel­lun­gen zu Schar­kur­ven ver­an­kert wer­den, was bei spä­ter fol­gen­den klas­si­schen Kur­ven­dis­kus­sio­nen nicht so ohne Wei­te­res der Fall sein dürf­te.

 

Un­ter­richts­ver­lauf: Her­un­ter­la­den [odt][4.8 MB]

Un­ter­richts­ver­lauf: Her­un­ter­la­den [pdf][2.3 MB]

 

1Die Datei fin­det man im Ma­te­ri­al­pa­ket unter M03_­geo/3_vor­la­gen_­tausch­ord­ner oder kann sie di­rekt im Geo­Ge­bra-Buch IMP10 unter https://​www.​geo­ge­bra.​org/​m/​qqfbwvmr auf­ru­fen.

 

Wei­ter zu El­lip­sen und Hy­per­beln